Space-Variant Image Reconstruction via Cauchy Regularisation: Application to Optical Coherence Tomography
- Others:
- University of Bristol [Bristol]
- Laboratoire d'Informatique, Signaux, et Systèmes de Sophia Antipolis (I3S) ; Université Nice Sophia Antipolis (1965 - 2019) (UNS) ; COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Côte d'Azur (UCA)
- Morphologie et Images (MORPHEME) ; Inria Sophia Antipolis - Méditerranée (CRISAM) ; Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut de Biologie Valrose (IBV) ; Université Nice Sophia Antipolis (1965 - 2019) (UNS) ; COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Côte d'Azur (UCA)-Université Nice Sophia Antipolis (1965 - 2019) (UNS) ; COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Côte d'Azur (UCA)-Signal, Images et Systèmes (Laboratoire I3S - SIS) ; Laboratoire d'Informatique, Signaux, et Systèmes de Sophia Antipolis (I3S) ; Université Nice Sophia Antipolis (1965 - 2019) (UNS) ; COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Côte d'Azur (UCA)-Université Nice Sophia Antipolis (1965 - 2019) (UNS) ; COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Côte d'Azur (UCA)-Laboratoire d'Informatique, Signaux, et Systèmes de Sophia Antipolis (I3S) ; Université Nice Sophia Antipolis (1965 - 2019) (UNS) ; COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Côte d'Azur (UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
- University of Bologna/Università di Bologna
- OPtimisation Imagerie et Santé (OPIS) ; Inria Saclay - Ile de France ; Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Centre de vision numérique (CVN) ; Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-CentraleSupélec-Université Paris-Saclay-CentraleSupélec-Université Paris-Saclay
- Centre de vision numérique (CVN) ; Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-CentraleSupélec-Université Paris-Saclay
- European Project: 777826,NoMADS(2018)
- European Project: 861137,TraDE-OPT(2020)
Description
We propose an adaptive, smooth, non-convex and sparsity-promoting variational model for singleimage super-resolution of real murine Optical Coherence Tomography (OCT) data. We follow a sparse-representation approach where sparsity is modelled with respect to a suitable dictionary generated from high-resolution OCT data. To do so, we employ pre-learned dictionaries tailored to model α-stable statistics in the non-Gaussian case, i.e. α < 2. The image reconstruction problem renders here particularly challenging due to the high level of noise degradation and to the heterogeneity of the data at hand. As a regulariser, we employ a smooth, non-convex and separable Cauchy-type penalty. To favour adaptivity to heterogeneous image contents, we propose a space-variant modelling by which the local degree of non-convexity encoded patch-wise within the local Cauchy shape parameter is estimated via maximum likelihood. For the solution of the patch-based smooth non-convex optimisation problems, we consider an extension of the cautious Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno (BFGS) algorithm where the descent direction is suitably updated depending on the local convexity behaviour of the functional. Our numerical results show that the combination of a space-variant modelling with a fast optimisation strategy improves reconstruction results, maintaining tissue texture and suppressing background noise to a desirable amount at the same time. Furthermore, the proposed optimisation strategy significantly reduces the computational efforts which often represent a major limitation in the analysis of OCT data.
Abstract
International audience
Additional details
- URL
- https://hal.science/hal-03594202
- URN
- urn:oai:HAL:hal-03594202v2
- Origin repository
- UNICA